Prototipo para obtener energía solar concentrada y barata

En la conmemoración del Día de la Tierra, se anunció una colaboración científica para desarrollar un sistema foto-voltaico de costo accesible, capaz de concentrar una radiación solar equivalente a 2,000 soles y convertir el 80% de la radiación entrante en energía útil. El sistema también puede suministrar agua desalinizada y aire fresco en lugares remotos soleados que se caracterizan por la escasez de estos recursos.

El proyecto para desarrollar un sistema térmico foto-voltaico de alta concentración y de bajo costo cuenta con un presupuesto de 2.4 millones de dólares para tres años, adjudicado por la Comisión Suiza para la Tecnología y la Innovación a científicos de IBM Research, Airlight Energy, la Escuela Politécnica de Zurich y la Interstate University of Applied Sciences Buchs.

Con tan sólo el 2% de la energía solar del desierto de Sahara se podría satisfacer la necesidad de electricidad del mundo. Pero, además de que la conducción eléctrica pierde energía, las tecnologías solares disponibles en el mercado en la actualidad son demasiado costosas, lentas y poco eficientes.

CÉLULAS Y ENFRIADORES

El sisteototipo utiliza un gran disco parabólico, tapizado de una gran cantidad de facetas de espejos y conectado a un sistema de seguimiento solar.

El receptor entero combina cientos de células de captación y proporciona 25 kilowatts de potencia eléctrica. Las células foto-voltaicas se montan sobre capas micro-estructuradas que permiten la circulación de refrigerantes líquidos para absorber el calor y alejarlo con 10 veces más eficacia que en la refrigeración pasiva por aire.

Se puede convertir directamente en energía eléctrica más de 30% de la radiación solar colectada y permitir la recuperación eficiente de un 50% adicional de calor residual, comentó Bruno Michel, gerente de empaque térmico avanzado en IBM Research.

El diseño del sistema es elegantemente simple, señaló Andrea Pedretti, ejecutiva de tecnología en Airlight Energy. Sustituimos el acero y cristal de alto costo por concreto de bajo costo y simples láminas metalizadas presurizadas. Los pequeños componentes de alta tecnología, en particular los refrigerantes de micro-canal y los moldes, pueden fabricarse en Suiza; y las etapas subsiguientes de construcción y montaje pueden completarse en la región donde se realice la instalación. De este modo, se llega a una situación beneficiosa para todos, en la que el sistema tiene un costo competitivo y se generan empleos en ambas regiones.

Las lentes concentradoras solares serán desarrolladas por ETH Zurich. Se aplicarán técnicas numéricas avanzadas de seguimiento de rayos para optimizar el diseño de la configuración óptica y alcanzar flujos solares uniformes que superen 2000 soles en la superficie de la célula fotovoltaica, explicó Aldo Steinfeld, Profesor de ETH Zurich.

Con un diseño que permite una concentración tan alta a un costo radicalmente más bajo, los científicos que trabajan en el diseño creen que pueden lograr un costo por superficie de apertura inferior a 250 dólares por metro cuadrado, que es tres veces menor que el de sistemas comparables.

El costo nivelado de energía será menos de 10 centavos por kilowatt hora (KWh). En comparación, las tarifas de alimentación de energía eléctrica en Alemania actualmente siguen superando los 25 centavos por KWh y el costo de producción en centrales de energía a carbón ronda los 5 a 10 centavos por KWh.

DESALINIZACIÓN DEL AGUA Y AIRE FRESCO

Los actuales sistemas foto-voltaicos de concentración sólo colectan energía eléctrica y disipan la energía térmica a la atmósfera. Con el enfoque de empaque HCPVT, los científicos pueden eliminar los problemas de sobre-calentamiento de las células solares y al mismo tiempo dar un nuevo uso a la energía para la desalinización del agua y el enfriamiento por adsorción.

Para captar el calor de grado medio, los científicos e ingenieros de IBM están utilizando una tecnología avanzada que desarrollaron para computadoras de alto rendimiento enfriadas por agua, que incluyen Aquasar y SuperMUC. En el caso de estas dos computadoras, el agua se emplea para absorber el calor de los chips de procesador; ese calor luego se aprovecha para dar calefacción a las instalaciones.

En el sistema HCPVT, en lugar de calentar un edificio, el agua de 90° C se utilizará para calentar agua salada que luego pasa por un sistema de destilación de membranas porosas donde se vaporiza y desaliniza. Ese sistema puede proporcionar 30 a 40 litros de agua potable por metro cuadrado de superficie receptora por día.

Es importante destacar que el sistema HCPVT también puede proporcionar aire acondicionado. El enfriador, llamado de adsorción, con agua como fluido de operación pueden reemplazar a los enfriadores por compresión, que sobrecargan las redes eléctricas en climas calientes y contienen fluidos de operación que dañan la capa de ozono.

Los científicos prevén que el sistema HCPVT proporcionará energía sustentable y agua potable a varias regiones del mundo, como el sur de Europa, África, la península arábiga, el sudoeste de EU, Sudamérica y Australia.

Los destinos turísticos remotos también son un mercado interesante, particularmente, los complejos ubicados en pequeñas islas, como Maldivas, Seychelles y Mauricio, ya que los sistemas convencionales requieren unidades separadas, con la consiguiente pérdida de eficiencia y un mayor costo asociado.